无线病房呼叫系统硬件设计

目录前言1第1章 系统概述21.1 系统功能21.2系统构成图21.3 系统方案设计2第2章 重要元器件简介42.1 单片机简介42.1.1AT89S51单片机简介42.1.251单片机与74HC164静态显示接口92.2 pt2262/pt2272无线/发送接受模块102.2.1 pt2262/pt2272解码芯片102.2.2 基于PT2262的无线编码模块142.2.3 基于PT2272的无线解码模块152.3数码管简介172.4 74LS00芯片简介202.5蜂鸣器简介212.5.1蜂鸣器的分类212.5.2有源/无源蜂鸣器区别212.5.3驱动方式21第3章 硬件电路设计243.1 系统电路设计243.2 单片机外围电路设计253.3LED显示电路设计253.4单片机与无线接受模块连接263.5 无线发送模块263.6 无线接受模块273.7发声电路设计283.8提示灯电路设计28第4章 系统软件简介294.1系统总流程图294.2系统平台简介304.2.1 汇编语言简介304.2.2 LCA51软件简介31第5章 系统测试375.1硬件调试375.1.2导通性测试375.1.3 防短接测试375.1.4 通电测试385.2 故障分析及解决方案385.2.1系统无显示输出385.2.2显示数据不对的38结束语39参照文献40道谢41参照文献42附录一：电路原理图43附录二： 实物图44附录三：元器件清单45前言随着着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展，越来越多的人们需要迅捷、以便地得到医院的多种各样的医疗服务，这必将使医院之间的竞争日趋剧烈。这使得衡量一种医院的综合水平高下，不再仅仅局限于软、硬件的建设上，更要比服务。医院的竞争越来越剧烈，商业医院的生存是第一位的，提高档次和服务质量迫在眉睫，如何运用先进的信息技术为医院服务，更大限度的提高医院的服务质量及利润，是医院信息化建设中的一种重要着眼点。陪护问题始终是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题，使用病房呼喊系统，以便病人更快找到医生护士，以节省病人的珍贵时间。病床呼喊系统是病人祈求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼喊工具，可将病人的呼求迅速传送给值班医生和护士。呼喊系统的优劣直接关系到病员的安危，也可减少医护人员巡视病床的辛苦，能放心地、高效地解决其他医护问题,历来受到各大医院的普遍注重,是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。目前医院使用的病房呼喊系统多为有线呼喊系统，存在布线复杂、布线费用较高、易出故障、维修不便、明线不雅观等缺陷。无线呼喊系统没有上述缺陷，安装以便，成本低，使用简朴。系统的建设将本着“以患者为中心”的原则，以以便患者,提高就诊效率为目的，力求为患者提供最满意的服务，同步也将提高医疗的社会效益和经济效益，鉴于此,设计及时、精确、可靠、简便可行、利于推广的无线呼喊系统有很高的应用价值和实际意义。病房呼喊系统只是医院管理系统中的一小部分，随着医疗技术的发展以及计算机的发展，医院管理系统也向原则化，系统化，网络化，集中式数据库，自上而下的一体化设计和数据的共享以及电子病例等方面发展。第1章 系统概述1.1 系统功能系统重要实现的功能是：当病人按下呼喊按钮,在系统接受端上发出相应频率的声音，有呼喊信号灯批示,并能显示出呼喊的床位号。1.2系统构成图系统构造框图，如图1-1所示 接受模块单片机发光二极管、蜂鸣器报警数码驱动电路数码管显示报警信号报警信号发射模块图1-1 系统构造框图1.3 系统方案设计设计无线呼喊系统时，一方面根据无线呼喊的特点及对系统性能的规定，选择系统的方案。进行方案设计时，重要考虑无线模块与单片机的连接和电路对接受、发射模块的信号干扰问题。此外还要考虑性能价格比等。因此无线模拟病房呼喊系统有如下几种方案：方案1：运用单片机的串行全双工通信和高频发射/接受电路设计的多路无线医院病房呼喊系统，该系统运用MCS-51系列单片机的串行传播功能，将串行输出信号传送到发射电路，当信号为高电平时高频发射电路工作，并发射433 MHz等幅高频信号，当信号为低平时高频发射电路停止工作，因此高频发射电路完全受控于单片机串行输出的数字信号，对高频电路完毕幅度键控(ASK调制)。采用超载波接受板接受高频信号，信号解码、声光报警、动态显示等功能由单片机完毕。该系统对抗噪规定较高，由于接受模块接受到的第一位数据极易被干扰(即零电平干扰)而引起接受数据错误。方案2：使用PT2272和PT2262收发芯片，使系统工作在315Mhz附近，此方案所采用的是模块化设计，其发射和接受都是以PT2262和PT2272芯片为主的集成模块，不存在方案1中的极易被干扰的现象。该方案重要是对方案1的修改，集成模块价廉物美，经济实用。本次设计选择的是方案2。第2章 重要元器件简介2.1 单片机简介单片机全称为单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）,又称为微控制器（Micro controller Unit）或嵌入式控制器（Embedded Controller）。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机，一般片内都具有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定期器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。随着技术的发展，单片机片内集成的功能越来越强大，并朝着片上系统方向发展。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等明显长处，在自动化妆置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。目前单片机渗入到人们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上多种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传播，工业自动化过程的实时控制和数据解决，广泛使用的多种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。2.1.1AT89S51单片机简介AT89S51是ATMEL公司开发的一款低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容原则MCS-51指令系统及80C51引脚构造，芯片内集成了通用8位中央解决器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供性价比高的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定期计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。图2-1 AT89S51单片机外观此外，AT89S51设计和配备了振荡频率可为0Hz并可通过软件设立省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定期计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其他功能直至外中断激活或硬件复位。同步该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。（1）重要功能特性：兼容MCS-51指令系统 4k可反复擦写(1000次)ISP Flash ROM32个双向I/O口4.5-5.5V工作电压2个16位可编程定期/计数器时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线128x8bit内部RAM2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗（WDT）电路软件设立空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针（2）AT89S51与AT89C51比较：89S51相对于89C51而言：新增长了诸多功能，性能有了较大提高，价格基本不变，甚至比89C51更低！ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一种强大易用的功能。 最高工作频率为33MHz，人们都懂得89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 全新的加密算法，这使得对于89S51的解密变为不也许，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 兼容性方面：向下完全兼容51所有字系列产品。例如8051、89C51等等初期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不管教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上同样可以照常运营，这就是所谓的向下兼容。 比较成果：就犹如INTEL的P3向P4升级同样，虽然都可以跑Windows98，但是速度是不同的。从AT89C51升级到AT89S51 ,也是同理。和S51比起来，C51就要逊色某些，实际应用市场方面技术的进步是永远向前的。 （3）AT89S51各引脚功能简介：引脚如图2-2所示，如下是各引脚的阐明.图2-2 AT89S51单片机引脚VCC：AT89S51 电源正端输入，接+5V。 VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反向放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两个引脚与地之间加入一 20PF 的小电容，可以使系统更稳定，避免噪声干扰而死机。RESET：AT89S51的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提高至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完毕系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行程序。EA/Vpp：EA为英文External Access的缩写，表达存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当引脚为低电平后，系统会调用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，由于其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以运用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）4。 ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的缩写，表达地址锁存器启用信号。AT89S51可以运用这个引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，由于AT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其她周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为Program Store Enable的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便获得程序代码，一般这支脚是接到EPROM的OE脚。AT89S51可以运用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范畴。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一种8位宽的开路电极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表达位0，P0.1表达位1，依此类推。其她三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提高电路，P0在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一种锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一种完整的16位地址总线，而定位地址到64K的外部存储器空间。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提高电路的双向I/O端口，每一种引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当作一般I/O端口使用外，若是在AT89S51扩大外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当作I/O来使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提高电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地,若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当作定期器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发引脚。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提高电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同步还多工具有其她的额外特殊功能，涉及串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分派如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：WR：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。（3）AT89S51的长处：1. 具有FLASH存储器因此在系统的开发过程中可以十分容易进行修改，这就大大缩短了系统的开发周期。同步，在系统工作过程中，能有效地保持某些数据信息，虽然外界损坏也不影响到信息的保持。2. 和80S51插座兼容89系列单片机的引脚是和80S51同样的，因此，当89系列单片机取代80S51时，可以进行代换。（1）静态时钟方式89系列单片机采用静态时钟方式，因此可以节省电能，这对于减少便携式产品的功耗十分有用。（2）错误编程亦无废品产生一般的OPT产品，一旦错误编程就成了废品。而89系列单片机内部采用了FLASH存储器，因此，错误编程后可以重新编程，直到对的为止，故不存在废品。（3）可进行反复系统实验用89系列单片机设计的系统，可以反复进行系统实验；每次实验可以不同的程序，这样可以保证顾客的系统设计达到最优。并且随顾客的需要和发展，还可以进行修改，使系统不断能追随顾客的最新规定。3. 89系列单片机内部构造89系列的内部构造和89S51相近，它重要具有如下某些部件。（1）8031CPU（2）振荡电路（3）总线控制部件（4）重点控制部件（5）片内FLASH存储器（6）片内RAM（7）并行I/O接口（8）定期器（9）串行I/O接口2.1.251单片机与74HC164静态显示接口在单片机应用系统中，显示屏显示常用两种措施：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一种显示屏都要单独占用品有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种措施单片机中CPU的开销小。可以提供单独锁存的I/O接口电路诸多，这里以常用的串并转换电路74HS164为例，简介一种常用静态显示电路，以使人们对静态显示有一定的理解。 图2-3 74HC164 引脚图MCS-51单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接6片74HS164作为6位LED显示屏的静态显示接口，把8031的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。74HS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一种输入信号时可并接。T（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一种时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数所有移入74HC164 中。R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。Q1Q8（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示屏的hga各段相应的引脚上1。图2-4 74HC164 内部原理图2.2 pt2262/pt2272无线/发送接受模块2.2.1 pt2262/pt2272解码芯片PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262 最多可有6 位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路5。编码芯片PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码构成一种完整的码字，解码芯片PT2272 接受到信号后，其地址码通过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同步相应的数据脚也输出高电平，如果发送端始终按住按键，编码芯片也会持续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其17 脚为低电平，因此315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17 脚为低平期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，因此高频发射电路完全收控于PT2262 的17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完毕幅度键控（ASK 调制）相称于调制度为100的调幅。PT2262/PT2272 特点1) CMOS 工艺制造，低功耗2) 外部元器件少3) RC 振荡电阻4) 工作电压范畴宽：2.6-15v5) 数据最多可达6 位6) 地址码最多可达531441 种PT2262/PT2272应用范畴1) 车辆防盗系统2) 家庭防盗系统3) 遥 控 玩 具4) 其她电器遥控图2-5 PT2262 引 脚 图表2-1 PT2262 管脚阐明：名称管脚阐明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一种为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；Dout17编码输出端（正常时为低电平）在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行合适的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发每一帧的时间越长。表2-2 PT2272参数图2-6 PT2272 解码电路 引 脚 图表2-3 PT2272 引脚阐明名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262 一致,否则不解码D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262 一致,数据管脚才干输出与2262 数据端相应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接受到下一数据才干转换Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接受模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）PT2272 解码芯片有不同的后缀，表达不同的功能，有L4/M4/L6/M6 之分，其中L表达锁存输出，数据只要成功接受就能始终保持相应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时变化。M 表达非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的并且和发射端与否发射相相应，可以用于类似点动的控制。后缀的6 和4 表达有几路并行的控制通道，当采用4 路并行数据时（PT2272-M4)，相应的地址编码应当是8 位，如果采用6 路的并行数据时(PT2272-M6)，相应的地址编码应当是6 位。PT2262/2272 芯片的地址编码设定和修改：在一般使用中，我们一般采用8 位地址码和4 位数据码，这时编码电路PT2262 和解码PT2272 的第18 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，因此地址编码不反复度为6561 组，只有发射端PT2262 和接受端PT2272的地址编码完全相似，才干配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262 和PT2272 的八位地址编码端所有悬空，这样顾客可以很以便选择多种编码状态，顾客如果想变化地址编码，只要将PT2262 和PT2272 的18 脚设立相似即可，例如将发射机的PT2262 的第1 脚接地第5 脚接正电源，其他引脚悬空，那么接受机的PT2272 只要也第1 脚接地第5 脚接正电源，其他引脚悬空就能实现配对接受。当两者地址编码完全一致时，接受机相应的D1D4 端输出约4V 互锁高电平控制信号，同步VT 端也输出解码有效高电平信号5。顾客可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。市场提供的遥控类产品上一般都预留地址编码区，采用焊锡搭焊的方式来选择：悬空、接正电源、接地三种状态,出厂是一般都悬空，便于客户自己修改地址码。这里以常用的超再生插针式接受板的跳线区为例:O O O O O O O O L- - - - - - - -1 1 1 1 1 1 1 1 H可以看到,跳线区是由三排焊盘构成,中间的8 个焊盘是PT2272 解码芯片的第18脚,最左边有1 字样的是芯片的第一脚,最上面的一排焊盘上标有L 字样,表达和地连通,如果用万用表测量会发现和PT2272 的第9 脚连同;最下面的一排焊盘上标有H 字样,表达和正电源连通,如果用万用表测量会发现和PT2272 的第18 脚连同.所谓的设立地址码就是用焊锡将上下相邻的焊盘用焊锡桥搭短路起来，例如将第一脚和上面的焊盘L 用焊锡短路后就相称于将PT2272 芯片的第一脚设立为接地，同理将第一脚和下面的焊盘H 用焊锡短路后就相称于将PT2272 芯片的第一脚设立为接正电源，如果什么都不接就是表达悬空。设立地址码的原则是：同一种系统地址码必须一致；不同的系统可以依托不同的地址码加以辨别。2.2.2 基于PT2262的无线编码模块编码发射模块外形小巧、美观，与诸多车辆防盗系统中的遥控器同样。根据功能的多少按键数也不同样，我们本章所用的发射模块为A、B、C、D四个按键。编码发射模块重要由PT2262编码IC和高频调制、功率放大电路构成，常用的编码发射模块实物和内部框图如图2-7和图2-8所示。遥控发射器工作电压为DC 12V(电池供电)，尺寸(mm)： 58*39*14 ,工作频率：315MHz ,工作电流(mA)：13 编码类型： 固定码(板上焊盘跳接设立) 应用阐明：与各类型带解码功能的接受模块联合使用，解码输出后进行相应控制，如采用单片机进行读取接受并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。图2-7无线模块实物图图2-7 编码发射模块实物图与原理框图图2-8 无线编码模块原理图图2-8常用的编码发射模块实物和内部框图其中编码部分电路由PT2262编码IC来构成，具体电路见图2-9所示。图2-9 PT2262编码原理图图2-9 编码电路原理图2.2.3 基于PT2272的无线解码模块解码接受模块涉及接受头和解码芯片PT2272两部分构成。接受头将收到的信号输入PT2272的14脚（DIN），PT2272再将收到的信号解码。解码接受模块和电路原理图如图2-10，接受板实物如图2-11所示。接受板工作电压为DC 5V，接受敏捷度： -103dBm ,尺寸(mm)： 49*20*7 ,工作频率：315MHz,工作电流：5mA ,编码类型：固定码(板上焊盘跳接设立) 应用阐明：与各类型遥控器配合使用，解码输出后进行相应控制，如采用单片机进行读取接受并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。图2-10 PT2272 电路原理图图2-10解码接受模块和电路原理图图2-11 PT2272实物图图2-11 无线遥控接受板无线收发模块的地址码设定在一般使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，地址编码不反复度为38=6561组，只有发射端PT2262和接受端PT2272的地址编码完全相似，才干配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端所有悬空，这样顾客可以很以便选择多种编码状态，顾客如果想变化地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设立相似即可，例如将发射机的PT2262的第2脚接地，第3脚接正电源，其他引脚悬空，那么接受机的PT2272只要也第2脚接地，第3脚接正电源，其他引脚悬空就能实现配对接受。地址设立跳线如图2-12所示，顾客可以在PCB板上直接将地址引脚（PCB板中间8个过孔焊盘）与L（低电平）或H（高电平）相连，从而实现地址设立。PT2262与PT2272地址设立要完全同样。当两者地址编码完全一致时，接受机相应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同步VT端也输出解码有效高电平信号。O O O O O O O O L- - - - - - - -1 1 1 1 1 1 1 1 H图2-11 地址设立跳线设立图 图2-12 地址设立跳线图2.3数码管简介数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。2.3.1数码管分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一种发光二极管单元（多一种小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。图2-12 数码管原理图2.3.2数码管驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一种段码都由一种单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的长处是编程简朴，显示亮度高，缺陷是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要懂得一种89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增长译码驱动器进行驱动，增长了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，此外为每个数码管的公共极COM增长位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接受到相似的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，因此我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过度时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管事实上各位数码管并非同步点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是同样的，可以节省大量的I/O端口，并且功耗更低。2.3.3数码管参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。一般用英寸来表达。范畴一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时，水平方向的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。电流：静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。电压：查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。2.3.4数码管恒流驱动1.显示效果由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大， 并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其他因素的影响。此外，当温度变化时驱动芯片还要可以自动调节输出电流 的大小以实现色差平衡温度补偿。2.安全性虽然是短时间的电流过载也也许对发光管导致永久性的损坏，采用恒流驱动电路后可避免 由于电流故障所引起的数码管的大面积损坏。此外，我们所采用的超大规模集成电路还具有级联延时开关特性，可避免反向尖峰电压对发光二极管的损害。超大规模集成电路还具有热保护功能，当任何一片的温度超过一定值时可自动关断，并且可在控制室内看到故障显示。2.3.5亮度不均匀问题有关亮度一致性的问题是一种行业内的常用问题。有二个大的因素影响到亮度一致性，一是使用原材料芯片的选用，一是使用数码管时采用的控制方式。1原材料芯片的VF和亮度和波长是一种正态分布，虽然筛选过芯片，VF和亮度和波长已在一种很小的范畴了，生产出来的产品还是在一种范畴内,成果就是亮度不一致。2要保证数码管亮度同样，在控制方式选用上也有差别。最佳的措施是恒流控制，流过每一种发光二极管的电流都是相似的，这样发光二极管看起来亮度就是同样的了。如恒压控制，则导致VF不相似的发光二极管分到的电流不相似，因此亮度也不同。固然以上二个条件是相辅相成的。2.4 74LS00芯片简介00 为四组 2 输入端与非门（正逻辑），共有 54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00四种线路构造形式，其重要电特性的典型值如下：表2-4 电特性典型值型号tPLHtPHLPD5400/740011ns7ns40mW54H00/74H005.9ns6.2ns90mW54S00/74S003ns3ns75mW54LS00/74LS009ns10ns9mW引出端符号1A4A，1B4B输入端1Y4Y输出端图2-13 74LS00逻辑图表2-5 74LS00功能表本次设计是用74LS00做反相器使用。2.5蜂鸣器简介蜂鸣器是一种一体化构造的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定期器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器重要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中的电路图形符号用字母“H”或“HA”（旧原则用“FM”、“LB”、“JD”等）表达。2.5.1蜂鸣器的分类1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器重要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等构成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化解决后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等构成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的互相作用下，周期性地振动发声。2.5.2有源/无源蜂鸣器区别这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，因此只要一通电就会叫，而无源蜂鸣器内部不带震荡源，因此如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K-5K的方波去驱动它。有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是由于里面多种震荡电路。无源蜂鸣器的长处：1. 便宜；2. 声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果；3. 在某些特例中，可以和LED复用一种控制口；有源蜂鸣器的长处是：程序控制以便。 2.5.3驱动方式由于自激蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要运用交流信号进行驱动，只需对驱动口输出驱动电平并通过三极管放大驱动电流就能使蜂鸣器发出声音，很简朴，这里就不对自激蜂鸣器进行阐明了。这里只对必须用1/2duty 的方波信号进行驱动的她激蜂鸣器进行阐明。单片机驱动她激蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是运用I/O 定期翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。PWM 输出口直接驱动是运用PWM 输出口自身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。在单片机的软件设立中有几种系统寄存器是用来设立PWM 口的输出的，可以设立占空比、周期等等，通过设立这些寄存器产生符合蜂鸣器规定的频率的波形之后，只要打开PWM 输出，PWM 输出口就能输出该频率的方波，这个时候运用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。例如频率为Hz 的蜂鸣器的驱动，可以懂得周期为500s，这样只需要把PWM 的周期设立为500s，占空比电平设立为250s，就能产生一种频率为Hz 的方波，通过这个方波再运用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。 而运用I/O 定期翻转电平来产生驱动波形的方式会比较麻烦一点，必须运用定期器来做定期，通过定期翻转电平产生符合蜂鸣器规定的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。例如为2500Hz 的蜂鸣器的驱动，可以懂得周期为400s，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O 口每200s 翻转一次电平就可以产生一种频率为2500Hz，占空比为1/2duty 的方波，再通过三极管放大就可以驱动这个蜂鸣器了。2.5.4蜂鸣器驱动电路由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，因此要运用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。本次设计中所使用的是三极管驱动。如图2-14：图2-14 本设计使用驱动电路图第3章 硬件电路设计3.1系统电路设计该系统重要涉及显示模块，声音模块，无线模块，接口电路四部分构成。图3-1 系统电路原理图3.2单片机外围电路设计本次毕业设计的单片机控制部分的执行元件采用了MCS-51T系列的AT89S51单片机。 AT89S51单片机为诸多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。单片机的外围电路如图2-2所示：复位电路采用手动按钮复位。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电，由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，因此，完全可以满足复位的时间规定。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端，电容器被短路放电、RST直接和VCC相连，就是高电平，此时进入“复位状态”。松手后：电源开始对电容器充电，此时，充电电流在电阻上，形成高电平送到RST，仍然是“复位状态”；稍后，充电结束，电流降为0，电阻上的电压也将为0，RST降为低电平，开始正常工作。单片机的晶振电路是一种典型电路，采用内部时钟方式，晶振的时钟频率为12MHZ，外接两个30PF的谐振电容。图3-2单片机及其外围电路3.3LED显示电路设计重要由74HC164和数码管构成的,通过串口输入和串口输出把号码显示到数码管上，由于原串口已被分派给提示灯电路，因此这里用P1、P2口模拟了4个串口，通过4个74HC164来实现，在程序中重要是用循环来实现给一种时钟信号，输入一种数据，当有按键按下时，数码管将显示出是几号床位上的病人呼喊,并且始终在显示,直到有护士发现。图3-3 74HC164和数码管连接电路3.4单片机与无线接受模块连接无线接受模块的四个输出端占用了AT89S51单片机最小系统四个I/O口，通过74LS00反相器分别接在P1口的P1.4-P1.7引脚上。单片机不断地循环扫描I/O口是高电平还是低电平来判断与否有病人呼喊。同步还需要考虑到某些问题，例如，当有多种病人同步呼喊时，应使互不干扰。图3-4 无线接受模块与单片机接口3.5无线发送模块编码发射模块重要由PT2262编码IC和高频调制、功率放大电路构成，发射模块的A、B、C、D四个按键分别代表不同的病床号，按下代表病人呼救。如图2-18为无线发射模块电路图。图3-5无线发射模块3.6无线接受模块解码接受模块涉及接受头和解码芯片PT2272两部分构成。接受头将收到的信号输入PT2272的14脚（DIN），PT2272再将收到的信号解码。四个数据输出口接到四个I/O口，分别接在AT89S51单片机最小系统P1口的P1.4-P1.7引脚上。通过不断的扫描 I/O口是高电平还是低电平来判断与否有病人呼喊，是通过循环实现的。同步还需要考虑到某些问题，例如，当有多种病人同步呼喊时，能使互不干扰。如图2-19为无线接受模块电路图：图3-6 无线接受模块3.7发声电路设计运用蜂鸣器来实现，蜂鸣器报警占用了四个I/O口， 分别接在P2口的P2.4-P2.7引脚上.蜂鸣器如图所示：图3-7 蜂鸣器图3-20 蜂鸣器3.8提示灯电路设计假设病房有4个床位(要占用8个I/O口)，就需要4个数码显示管, 4个按钮(要占用4个I/O口P1.4-P1.7)，4个蜂鸣器报警(P2.4-2.7)，4个批示灯(要占用4个I/O口P3.4-P3.7)。图3-8 提示灯电路图3-21 批示灯线路图第4章 系统软件简介4.1系统总流程图系统流程图如图5所示图3-1 系统流程图通过单片机不断地循环扫描模拟串口，检查与否有病人呼喊。4.2系统平台简介4.2.1 汇编语言简介程序设计语言可以分为：符号语言，机器语言，汇编语言，高档语言。符号语言己经具有诸多长处，但符号语言中的每一种符号(这里称作助记符)可以是顾客根据辨认或者记忆的需要自己来决定的。这样，通用性不是很强。就是说，按某一种人的想法编写的符号语言程序，此外一种人是无法看懂的。汇编语言克服了上述的缺陷，它是在符号语言的基本上发展起来的。它是针对一类（甚至几类）计算机，抽象出来的一种符号语言并把这些符号加以统一规定，使得使用同类计算机的人都理解这些符号的意义，这样，使得用汇编语言编写的程序可以在这一类型的任何一台计算机上使用。这就有了极大的灵活性，固然不同类型的计算机的汇编语言也不同。它们都必须由生产厂家提供的汇编语言来编写。此外汇编语言还增长了宏指令的功能。让我们比较一下汇编语言和高档语言的特点。一方面，汇编语言与解决器关系密切。每种解决器均有自己的指令系统，相应的汇编语言也各自不同。因而汇编语言程序的通用性、可移植性较差。而高档语言与具体计算机无关，高档语言程序可以在多种计算机上编译启执行。另一方面，汇编语言编程波及寄存器、内存等硬件细节，程序繁琐，调试也比较困难而高档语言采用类似自然语言的语法，容易被掌握和使用，也不必关怀诸如标志、堆栈等。但是，汇编语言本质上就是机器语言，它可以直接有效地控制计算机硬件，因而可以产生运营速度快、指令序列短的高效率目的程序。而高档语言不易直接控制计算机的多种操作，编译程序产生的目的程序庞大、程序难以优化、运营速度慢. 总的来说，汇编语言的重要长处就是可以直接控制计算机硬件，可以编写在时间和空间两方面更有效的程序。这些长处使得汇编语言在程序设计中占有重要的地位。是不可取代的。 但汇编语言的缺陷也是明显的，它与解决器密切有关，规定程序员熟悉计算机硬件系统，考虑许多细节问题，因此程序繁琐，调试、维护、交流和移植困难。因此，有时可以采用高档语言和汇编语言混合编程的措施，互相取长补短，更好地解决实际问题。汇编语言生要应用场合有如下几种：l.程序要具有较短的运营时问，或者只能占用较小的存储客量。例如操作系统的核心 程序段，实时控制系统的软件等。2.程序与计算机硬件密切有关，程序要直接控制硬件。例如to接口电路的初始化程序段，外部设备的底层驱动程序等63.大型软件需要提高性能、优化解决的部分。例如计算机系统频繁调用的子程序、动态链接库等。4.没有适合的高档语言的时候。例如开发最新的解决器程序时。4.2.2 LCA51软件简介LCA51软件是集编辑、编译/连接、加载、调试等为一体的集成开发环境（IDE）。用可以在同一界面环境中完毕所有任务。主界面大体如图4-1所示。图3-2 LCA51软件主界面编辑窗口LCA51提供一种多窗口的源文献编辑器。该编辑器不受文献大小的限制，容许无限的撤销/反复功能。编辑器全面支持汇编、C51和PL/M51语言的语法加亮着色。顾客可以自定义多种类型文本的颜色和不同语言的核心词。相应的核心词文献名为asm.kwd、c51.kwd、plm51.kwd。这些文献都保存在LCA51安装目录下。编辑器还支持书签，拷贝、剪切、粘贴，全程查找、替代，拖动编辑等功能。工作区窗口工作区窗口有两个页面窗口。工程页面窗口以树型构造显示工程中的项目文献等内容。没有打动工程时，该页面窗口为空。资源管理器页面窗口和Win9x中的资源管理器中的左面的窗口相似。输出窗口输出窗口显示顾客编译连接过程中的输出信息，顾客双击某条编译出错信息提示即可直接定位到源文献的相应行。观测窗口观测窗口中显示调试过程中长期观测的变量项。顾客可以添加、删除、修改、刷新观测项。相应命令在右键菜单中。数据窗口数据窗口中成批显示实验机相应存储区域的整块数据内容。顾客可以察看，修改相应地址单元的数据。相应命令在右键菜单中。对话窗口顾客通过对话窗口直接用监控命令和实验机对话。注意：在调试状态，当对话窗口变为不活动窗口时，要使实验机仍在监控符提示状态下，否则，PC机会和实验机失去通讯。菜单简介LCA51有许多菜单项，主菜单涉及了绝大多数操作命令。菜单比较容易掌握，顾客可以通过阅读菜单项，直接掌握每个菜单命令的具体功能。LCA51也可以使用热键和工具栏图标迅速完毕常用菜单项的功能。在LCA51主菜单栏上有11个主菜单，它们分别如下：文献（F） 和文献有关的操作，如打开、关闭、打印等文献操作。编辑（E） 涉及拷贝、剪切、粘贴、书签、查找和替代等编辑命令。查看（V） 变化LCA51的工作界面显示。涉及工具栏和有关窗口的显示等。工程（P） 和工程有关的操作，如打开、关闭、保存、设立等工程操作。编译（C） 涉及编译和连接等编译操作。调试（B） 涉及加载目的文献、单步、断点、全速执行等调试命令。观测（O） 涉及添加观测变量或对观测变量进行修改等命令。设立（S） 涉及AEDK实验机型号、通讯口、单文献编译器/连接器、环境参数等的设立。工具（T） 涉及加载和上传程序，自定义顾客界面等命令。窗口（W） 选择或变化目前活动窗口及窗口排列方式。协助（A） 显示相应协助文文献和软件版本信息。4.2.3联机在线调试1启动运营环境打开实验机电源，双击桌面上的LCA51软件的图标，运营LCA51软件。第一次启动LCA51需设立通讯端口。顾客选着“设立通讯口”菜单项，在弹出的对话框中，选择相应的通信口和通讯波特率。做本实验时，波特率应设9600。点击测试串口按钮，检查通讯口与否可用。退出LCA51时，会自动保存顾客最后一次的设立。2实验项目并编译选用所要做的实验项目的文献（*.asm），顾客选择“编译编译目前文献“菜单项，将编译目前活动窗口中的源文献，编译成果的信息显示在输出窗口中。顾客可以根据输出窗口中错误信息直接定位到源文献相应位置。编译器将生成源文献的目的代码，对于单汇编文献，编译产生的目的代码可以直接加载调试，对于高档语言的源文献，编译结束还要连接才干产生可加载的目的代码。3调试LCA51是一种集成开发环境，调试和编辑、编译都在同一界面下完毕。调试时的界面如图4-2所示。图3-3 调试时的界面在编辑状态时，界面右下角的目前状态显示为“编辑”，在调试状态时，仿真机没有运营程序时，界面右下角的目前状态显示为“停止”，仿真机运营程序时，界面右目前状态显示为“运营”。许多菜单命令只有在调试状态才有效，顾客选择“调试加载调试”菜单项后，将加载目前的工程文献或源文献的目的代码，加载完毕，就进入调试状态.如果顾客想退出调试状态，选择“调试退出调试”菜单项。在调试状态，最下方的状态行显示目前PC指针等常用的寄存器的值。仿